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1、認識氣相二氧化硅
氣相二氧化硅（氣相法白炭黑），是由鹵硅烷在氫氧火焰中高溫水解得到的一種無定形粉末，是一種高純、無色、無味的無機粉體材料。
氣相二氧化硅具有原生粒徑小、純度高（大于99.8%）、比表面積高（通常介于100～400m2/g）、絕緣系數和絕熱系數低，以及表面具有高活性羥基等特點，被廣泛應用到硅橡膠、涂料油墨、不飽和聚酯、環氧樹脂、阻燃塑料、隔熱板、機械拋光等領域，起到補強、增稠、觸變、阻燃、隔熱等作用。此外，氣相法二氧化硅還有其它諸多應用，如應用于電解質中以改善動力鉛酸蓄電池的性能、將介孔二氧化硅納米顆粒應用于光學診療中等。
氣相法二氧化硅的結構模型
2、產業發展背景
氣相二氧化硅是由德國Degussa（Evonik前身）公司的HarryKloepfer于1942年率先合成。國外氣相二氧化硅產業在20世紀90年代就已經得到充分的發展壯大，形成了德國Degussa、德國wacker和美國Cabot為主體的跨國氣相二氧化硅產業。我國于1964年在沈陽化工首先試驗成功，并于1966年投入大生產。此后30多年我國氣相二氧化硅產業發展極其緩慢，到2001年也僅有沈陽化工和上海氯堿兩家企業生產。2002年，廣州吉必時公司（現為廣州吉必盛）成為我國第三家可以規模產業化生產氣相二氧化硅的企業，從此，我國氣相二氧化硅產業真正步入發展的快車道。經過20年的發展，我國氣相二氧化硅產業已經頗具規模，具備了國際競爭力。
3、氣相二氧化硅制備技術
氣相法二氧化硅主要應用化學氣相沉積法生產，通常稱其熱解法。該技術有兩個步驟：1）進入合成水解爐之前，原料中的氫氣和氧氣必須進行加壓，然后再經過分離、冷卻、脫水、硅膠干燥、除塵和過濾等一系列操作。2）四氯化硅通過蒸餾塔進行蒸餾，并在蒸發器中進行加熱和蒸發等操作。干燥和過濾后的空氣被用作載體。高溫氣化后，原料在高溫下進行反應。高溫反應生成的白炭黑十分細小，收集不方便。由于生成了氣溶膠，因此要借助其他附加操作使其形成較大的顆粒，以利于收集。顆粒最后進入脫酸爐中，經過洗滌后得到二氧化硅。
SiCl4+2H2+O2→SiO2+4HCl
目前，國外氣相二氧化硅生產企業普遍采用單線近萬噸級產能技術，而我國技術領先的企業單線產能已經接近了國外水平。同時，在產品質量上，親水氣相二氧化硅通用牌號產品與國外產品質量也基本接近，但是在高牌號和高分散產品上還與國外有一定差距。
4、氣相二氧化硅表面改性
常見的二氧化硅表面改性方法包括化學方法、物理方法和生物方法等。化學方法主要通過改變二氧化硅表面的化學官能團、改變表面電荷等手段實現表面改性。物理方法包括等離子體處理、光化學處理、溶液化學氧化等，可以通過改變表面形態、結構、粒徑等手段實現表面改性。生物方法則是利用生物分子對白炭黑表面進行修飾，實現表面改性。其中，化學方法是最常用的方法之一，包括偶聯劑改性、表面接枝改性、醇、酸改性、離子液改性及聚合物包覆改性等。
表面化學改性法中偶聯劑改性可以減弱二氧化硅之間的團聚作用，具有改性效果好、反應可控性高等優點。目前硅烷偶聯劑、硅氧烷偶聯劑和硅氮烷偶聯劑等偶聯劑應用較為廣泛，其中硅烷偶聯劑是二氧化硅改性中較為常用的改性劑之一。
表面改性的疏水氣相二氧化硅是氣相二氧化硅領域的高附加值產品，進入20世紀，我國逐漸通過自我技術創新突破了國外技術封鎖，建立了具有自主知識產權的疏水生產線，特別是2015年之后，我國氣相二氧化硅表面疏水改性技術取得了快速的進步，其產品種類逐漸豐富，目前可以生產十余種疏水產品，極大帶動了下游新材料領域的快速增長。雖然我國在表面疏水改性氣相二氧化硅領域取得了一定的進步，但是不論產能規模還是產品質量仍然與國外有不小的差距，需要進一步迎頭趕上。
2024年10月30日在上海跨國采購會展中心，由北京粉體技術協會與柏德英思展覽(上海)有限公司聯合主辦“2024粉體分散、改性、包覆技術研討會”。屆時廣州匯富研究院有限公司正高級工程師段先健作《氣相二氧化硅的表面改性技術及其應用》報告，為參會嘉賓講解氣相二氧化硅的制備方法及特性、表面改性技術、標準進展及應用等一系列內容。
專家介紹
段先健，廣州匯富研究院有限公司副總經理，工學博士，正高級工程師。長期從事氣相法納米粉體制備、表面改性及應用研究，在超細粉體的制備及應用方面申請國家發明專利30余項，申請國際專利3項，獲得國家專利優秀獎2項。參與多項國際、國家及團體標準的制修訂工作；參與10余項國家、省、市科技項目的研究，榮獲中石化聯合會科技進步一等獎、廣東省科技進步三等獎、湖北省科技進步三等獎、廣州市科技進步二等獎等榮譽。
參考文獻
龍金芬，白炭黑制備的研究進展，六盤水師范學院
段先健，氣相二氧化硅產業及其標準化的發展，廣州匯富研究院有限公司
趙文超，二氧化硅微球制備方法研究進展，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
朱恩偉，氣相法二氧化硅生產中的關鍵問題概述，沈陽化工股份有限公司
(中國粉體網編輯整理/昧光)
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